浅谈风力发电机分类及构成

浅谈风力发电机分类及构成 全球机电网 【摘要】随着能源供应的渐趋紧张，环保问题的日益突出，风力发电作为一种清洁、高效的可再生能源的发电方式，已越来越受到世界各国人民的欢迎和重视。本文在分析风力发电原理和特点的基础上，探讨了风力发电机的分类及构成。 【关键词】风力发电;分类;构成 中国风电2013年新增装机容量达到18，928兆瓦，占全球新增装机容量35%，成为世界第一大风电市场。2007年以来，中国风电产业规模延续暴发式增长态势。本文将探讨目前国内工业风力发电的主要发电机组分类及构成。 一、风力发电的原理 广义地说，风力发电是一种以太阳为热源，以大气为工作介质的热能利用发动机。太阳光照射在地球的表面上，它使地表的温度升高，地表的空气受热膨胀变轻而往上升。热空气上升后，低温的冷空气横向流入，这种空气的流动就产生了风。上升的空气因逐渐冷却变重而下降，由于地表温度较高又会加热空气使之上升，这种对流也会形成风。由此可见，风的能量是来自太阳的。太阳辐射出来的光和热是地球上风形成的源泉。风力发电的原理说起来非常简单，最简单的风力发电机可由叶轮和发电机两部分构成。空气流动的动能作用在叶轮上，将动能转换成机械能，从而推动叶轮旋转。如果将叶轮的转轴与发电机的转轴相连，就会带动发电机发出电来。风力发电是将风能转换为机械功的动力机械，又称风车。风力发电利用的 是自然能源。依据目前的风车技术，大约是每秒三公尺的微风速度，便可以开始发电。 二、风力发电的特点 (一)可再生的洁净能源 风力发电是一种可再生的洁净能源，不消耗化石资源也不污染环境，这是火力发电所无法比拟的优点。 (二)建设周期短、可靠性高 一个十兆瓦级的风电场建设期不到一年。把现代高科技应用于风力发电机组使其发电可靠性大大提高，中、大型风力发电机组可靠性从80年代的50%提高到了98%，高于火力发电且机组寿命可达20年。 (三)造价低、实际占地面积小 从国外建成的风电场看，单位千瓦造价和单位千瓦时电价都低于火力发电，和常规能源发电相比具有竞争力。我国由于中大型风力发电机组全部从国外引进，造价和电价相对比火力发电高，但随着大中型风力发电机组实现国产化、产业化，在不久的将来风力发电的造价和电价都将低于火力发电。发电机组与监控、变电等建筑仅占火电厂1%的土地，其余场地仍可供农、牧、渔使用。 (四)运行维护简单、发电方式多样化 现代中大型风力发电机的自动化水平很高，完全可以在无人职守的情况下正常工作，只需定期进行必要的维护，不存在火力发电的大修问题。风力发电既可并网运行，也可以和其他能源如柴油发电、太阳能发电、水利发电机组形成互补系统，还可以独立运行，因此对于解决边远地区的用电问题提供了现实可行性。 三、风力发电机分类与构成 (一)风力发电机的分类 风力发电机组是将风能转化为电能的装置，按其容量分可分为:小型(10kw以下)、中型(10-100kw)和大型(100kw以上)风力发电机组。 按主轴与地面相对位置又可分为:水平轴风力发电机组和垂直轴风力发电机组。水平轴风力发电机是目前世界各国风力发电机最为成功的一种形式，主要优点是风轮可以架设到离地面较高的地方，从而减少了由于地面扰动对风轮动态特性的影响。 (二)风力发电机的构成 一般大型的工业风力发电组应当有以下构成部件: 机舱:机舱包容着风力发电机的关键设备，包括齿轮箱、发电机。维护人员可以通过风力发电机塔进入机舱。机舱左端是风力发电机转子，即转子叶片及轴。 转子叶片:捉获风，并将风力传送到转子轴心。现代600千瓦风力发电机上，每个转子叶片的测量长度大约为20米，而且被设计得很象飞机的机翼。 轴心:转子轴心附着在风力发电机的低速轴上。在现代600千瓦风力发电机上，转子转速相当慢，大约为19至30转每分钟。轴中有用于液压系统的导管，来激发空气动力闸的运行。 齿轮箱:齿轮箱左边是低速轴，它可以将高速轴的转速提高至低速轴的50倍。 高速轴及其机械闸:高速轴以1500转每分钟运转，并驱动发电机。它装备有紧急机械闸，用于空气动力闸失效时，或风力发电机被维修时。 发电机:通常被称为感应电机或异步发电机。在我国使用的风力发电机，电力输出通常为500至1500千瓦。发电机与齿轮箱通常是风力发电机组的最关键部件。 偏航装置:借助电动机转动机舱，以使转子正对着风。偏航装置由电子控制器操作，电子控制器可以通过风向标来感觉风向。 电子控制器:包含一台不断监控风力发电机状态的计算机，并控制偏航装置。为防止任何故障(即齿轮箱或发电机的 过热)，该控制器可以自动停止风力发电机的转动，并通过电话调制解调器来呼叫风力发电机操作员。 液压系统:用于重置风力发电机的空气动力闸。 冷却元件:包含一个风扇，用于冷却发电机。此外，它包含一个油冷却元件，用于冷却齿轮箱内的油。一些风力发电机具有水冷发电机。 塔:风力发电机塔载有机舱及转子。通常高的塔具有优势，因为离地面越高，风速越大。现代600千瓦风汽轮机的塔高为40至60米。它可以为管状的塔，也可以是格子状的塔。管状的塔对于维修人员更为安全，因为他们可以通过内部的梯子到达塔顶。格状的塔的优点在于它比较便宜。 风速计及风向标:用于测量风速及风向。